Development of force-fields and analysis of ion conduction at interfaces of battery materials
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
20H05290
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小林 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70560126)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 蓄電材料 / 固体電解質 / 界面 / 分子動力学 / シミュレーション / イオン伝導 / 原子間力場 / 最適化問題 |
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| Outline of Research at the Start |
安全性などの観点から，電解質に固体材料を採用する全固体電池の開発が期待されている．固体電解質材料の課題としては，現在電解質として採用されている有機溶媒に匹敵する高いイオン伝導度を持つ固体電解質材料の開発が急務である．高いイオン伝導度を実現するには，きれいな結晶の中を高速にイオンが拡散するだけでなく，材料を作製する際に生じる結晶と結晶の界面でのイオン伝導抵抗も考慮する必要がある．本研究では，量子力学計算から原子間に働く力のモデルを自動的に構築する手法を開発し，それを用いたシミュレーションにより界面の原子構造を解明し，界面におけるイオン伝導抵抗の機構を明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
安全性などの観点から次世代電池として全固体電池が期待され，既に実用化されてきているが，未だに液系に匹敵するイオン伝導度を持つ固体電解質は実用化されていない．焼結された固体電解質における粒界でのイオン伝導抵抗が大きいことが一因だが，粒界抵抗と組成・構造の関係は十分に解明されていない．本研究では，組成・構造が与えられたときに粒界においてどのような原子構造が実現し，イオン伝導抵抗にどう影響するかを分子動力学(MD)シミュレーションを用いて原子スケールから解明することを目的としている．
さまざまな組成・構造の候補材料のMDシミュレーションを行うため，量子論に基づく高精度ではあるが計算負荷の大きな MDシミュレーションから計算負荷の低いが十分な近似精度の原子間力場を非常に効率的に構築する手法を開発した．本手法は，従来法とは異なり，高精度MDから動的な物理量の分布関数を参照データとして原子間力場のパラメータを最適化することで，MDシミュレーションを行った際に安定な力場を構築することができる．また，パラメータ探索範囲を自動的に更新する新手法を用いてメタヒューリスティクスを行うことで，従来は試行錯誤を必要としていた作業を効率化することに成功し た．本研究で開発した手法を用いることで，非常に効率的に高精度な原子間力場を構築することができるようになり，新規固体電解質材料であってもイオン伝導挙動のMDシミュレーションを即座に行うことが可能となった．
また，多結晶材料のMDシミュレーションから粒界におけるイオン伝導経路を抽出する新手法を開発し，次世代電解質材料候補であるNASICON型LZPの粒界におけるイオン伝導抵抗の原子スケールの機構を明らかにした．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
